Металдағы токтың табиғаты

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

1. Металдағы токтың табиғаты

2. Металдың асқын өткізгіштігі

3. Газдар ішіндегі электр тогы

Металдардағы токтың табиғаты

Металдардағы электр тогы дегеніміз еркін электрондардың бірыңғай реттелген қозғалысы, яғни кристалл торындағы иондармен байланыспаған электрондардың қозғалысы. Бұл қорытынды көптеген тәжірибелердің нәтижесінде электрондық теорияға айналды. Сондай тәжірибелердің біріне 1901 жылы неміс физигі Рикке (1845 - 1915) жасаған тәжірибені айтуға болады. Тәжірибенің мазмұны мынадай: жиектері мұқият тегістеліп өңделген (Сu +Al + Cu) радиустары бірдей үш цилиндр өзара қосылған. Цилиндрлердің салмақтары өлшеніп алынған . Сонан кейін осындай өткізгіштер арқылы бір жыл бойы үздіксіз электр тогы жүргізілген . Сонда осындай уақыт ішінде цилиндрлер арқылы ≈3, 5 ⋅10 ^-6 Кл заряд өткені анықталады. Ал цилиндрлер массаларын ≈0, 3 ⋅10 ^-3 г дәлдікпен өлшегенде, өткен токтың цилиндрдің салмағына ешқандай әсері болмағаны анықталады. Сол сияқты цилиндрлердің түйіскен жерлерінде бір металдың екінші металға енбегендігі анықталды. Сөйтіп, тәжірибенің нәтижесі металдардағы зарядтарды тасымалдаушы тордың атомдары емес, металдар құрамына енетін басқа ұсақ бөлшектер, ал ол кейін 1897 жылы ағылшын физигі Д. Томсон ашқан электрондар екендігі анықталды.

Енді зарядталмаған υ жылдамдықпен қозғалатын металл өткізгішті алайық. Сонда металдың кристалдық торын түзетін атомдар мен иондар арасында таңбасы жөнінен иондар таңбасына қарама - қарсы ток тасымалдаутын бөлшектер болады. Егер де өткізгішті кенеттен тоқтатсақ, онда тормен байлансы шамалы зарядтар өзінің инерциясы бойынша алға қарай ұмтылады . Сөйтіп осындай зарядтарыдың орын ауыстыруы өткізгіште ток тудырырады. Осы токтың мәнін сезімэтал G гальванометр көрсетеді. Токтың бағыты бойынша зарядтың таңбасы және өткізгіштің кедергісі мен мөлшері бойынша сол зарядтың массасына қатынасын есептеуге болады. Осындай идеяны бірінші рет жүзеге асыратын тәжірибені 1913 жылы совет физиктері С. Л. Мандельштам (1879 - 1944) және Н. Д. Папа лекси (1880 - 1948) жасады. Осы тәжіирбені кейінірек 1916 жылы Америка физиктері жетілдіріп қайта жасап, алғашқы тәжірибелердің дұрыс екеніні дәлелдеді.

Сым оралған катушка айналысқа келтіргенде, орамдардың сызықтық жылдамдығы 300 м/с болған . Егер катушканы кенеттен тоқтатса, гальванометр тежелу уақыт ішінде тізбектен ағып өткен зарядтарды тіркеген. Сөйтіп, металдардағы токты тасушылар элетрондар екені эксперимент жүзінде дәледеді. Металдардғы токты өте аз потенциалдар айырмасымен туғызуға болады. Сонда токты тасушылар - электрондар металл бойымен іс жүзінде еркін орын ауыстыцра алады деп айтуымызға болады. Электрон зарядының оның массасына қатынасы (е /m) мына шартпен анықталады: катушканы кенеттен тоқтатқанда оның кинетикалық энергиясының өзгерісі dE _k - ке азаяды:

-dE _k = V n _o d(mv ² /2) n _c S l m v d v 6

Мұндағы S l - катушщкаға оралған сымның көлемі; n _o - токты тасушы зарядтардың бірлік көлемдегі саны; m - зарядтың массасы; v - өткізгіштің қозғалас жылдамдығы;

Кинетикалық энергиыяның кемуі, екінші жағынан өткізгіш - тегі токтың қыздыруынан пайда болған жылу мөлшеріне тең де, ол Джоуль - Ленц заңы бойынша:

- d E _k = dQ = J ² R d t = J R d q = t n _o v S R d q шамасына тең. Мұндағы dq = Jd t; J = en _o v S e - электрон заряды; S - өткізгіштітің көлденең қимасының ауданы. Енді кинетикалық энергия шамасын теңестірсек:

- n _o S l m v d v = e n _o v S R d q; l m d v = e R d q

Бұдан өткізгіштегі зарядтарлдың өзгерісі

dq = - e /m ⋅ l d v / R

екені шығады. Соңғы өрнекті интегралдасақ ( v - дан 0 - ге дейін, себебі өткізгіш кенеттен тоқтатылады. ) :

q = - ml/ eR ∫ ^c _v d v = m l v / e R

Сөйтіп, өткізгішті тоқтатып және тізбектен өтетін өтетін зарядты өлшеп, тасушылардың меншікті зарядын табуға болады. Ток импульсінің бағыты заряд тасушылардың таңбасын береді.

Металдың асқын өткізгіштігі

Көптеген тәжірибелердің нәтижелері металдың асқын өткізгіштігінің қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік берді. Егер металл асқын аққыштық күйге ауысатын болса, оның кристалдық торының құрылымы, механикалық және оптикалық қасиеттері өзгермейді. Бірақ осындай ауысу кезінде оның секірмелі электрлік қасиетімен бірге магниттік және жылулық қасиеттері өзгереді. Мысалы, магнит өрісі болмаған жағдайда металдың асқын өткізгіштік күйде болуы оның жылу сыйымдылығының секірмелі түрде өзгеруіне әкеліп соғады.

Егер де иеталды магнит өрісіне қоятын болсақ, онда оның жылу өткізгіштігі әрі жылу сыйымдылығы да фазалық өтудің 2 түріне сәйкес секірмелі өзгеріп отырады. Сөйтіп асқын өткізгіштік күйді бұзу үшін өте күшті магнит өрісінің әсері немесе күшті электр тогының өтуі жеткілікті.

Неміс физигі В. Мейсснер (1882 - 1974) асқын өткізгіш күйдегі металдың барлық көлемінде магнит өрісінің әсері болмайтынын, яғни асқын өткізгішті кризистік температурадан төменгі температураға суытқанда онда магнит өрісінің болмау құбылысын Мейсснер эффектісі деп атайды.

Сонымен асқын аққыштық және асқын өткізгіштік құбылыстарының тек қана сыртқы көріністещрі емес, олардың ішкі қасиеттері жағынан да терең физикалық ұқсастықтары бар деген қорытынды шығады. Себебі, асқын аққыштық

құбылысы ешқандай кедергісіз өте жіңішке капиллярлар арқылы ағатын болса, асқын өткізгіштік те заттың макроскопиялық кванттық эффектісі деп аталады.

Газдар ішіндегі электр тогы

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.